高性能鈣鈦礦太陽能電池的界面修飾與制備方法研究
發(fā)布時間：2021-04-07 16:49
有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池是近年來發(fā)展迅速的一類新型太陽能電池,其具有光電轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)成本低、耗能低、可濕法制備等優(yōu)點。對于該類電池,其核心材料如電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層的選取和制備,對電池性能有決定性的影響。另外,電池的界面性質(zhì)也嚴(yán)重影響電池的性能。本研究著重探索了電子傳輸層材料、鈣鈦礦吸光層材料的選擇與制備方法及其對電池器件光伏性能的影響,并對影響機制進行了探討;同時開展了電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層界面的修飾方法研究,對修飾后電池器件的光伏性能進行了測試,并就界面修飾對光電性能的影響機理做了探究。主要研究成果如下:（1）在碘化鉛薄膜與甲胺碘粉末接觸反應(yīng)生成鈣鈦礦薄膜的過程當(dāng)中引入二甲亞砜（DMSO）溶劑,能夠誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜晶粒長大、薄膜表面平整連續(xù)。實驗優(yōu)化結(jié)果表明,在15μL DMSO（腔體容積500 mL）形成的蒸汽氣氛中生長的鈣鈦礦薄膜晶粒粒徑,由沒有DMSO蒸汽氣氛的300 nm增加到至少1200 nm,表面更平整。制備的鈣鈦礦器件的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）由11%提高到了14.33%。（2）三氨丙基3-甲氧基硅烷（APMS）水解產(chǎn)物對電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層...
【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：106 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
全世界生產(chǎn)能源組成對比圖
太陽能電池根據(jù)吸光材料的不同可分為：晶體硅太陽能電池、無機化合物薄膜太陽能電池、有機太陽能電池（包括染料敏化太陽電池）[6]。無機太陽能電池效率高、穩(wěn)定性好，但造價高昂、工藝復(fù)雜，能源收回時間長[7]。有機太陽能電池價格低廉、柔韌性好、制備簡單，但有機材料多為無定形態(tài)、結(jié)晶度低，光譜響應(yīng)范圍窄、不易形成自由載流子，效率不高[8]。染料敏化太陽能電池的液體電解質(zhì)具有腐蝕性，具有難封裝、穩(wěn)定性差、壽命短等缺陷[9]。為了克服現(xiàn)有太陽能電池的缺點，研究人員期望研制出一種可以通過低溫溶液法制備的全固態(tài)太陽能電池，綜合無機-有機薄膜技術(shù)以及染料敏化技術(shù)的新型太陽能電池——鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有機金屬鹵化物太陽能電池，即是其中的一種全固態(tài)太陽能電池[10]。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池兼具太陽能電池的大部分優(yōu)勢，包括廣泛的吸收光譜、低躍遷能量、高載流子遷移率、長載流子擴散距離、易調(diào)諧的能帶結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)化效率高、價格低、易組裝等特點。在過去幾年中，鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率從 3.8%增長到了超過 22.1%[11]。各種不同太陽能電池的效率增長趨勢如下圖 1-2 所示。
圖 1-3 (a) 立方相鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，(b)A 位陽離子的十二配位結(jié)構(gòu)，(c) <100>雜化鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)示意圖[18]g. 1-3 (a) Crystal structure of cubic perovskite of general formula ABX3; (b) twelve-fold coordinaof the A-site cation; (c) the <100> oriented hybrid perovskite series with the general formula(RNH3)2An-1MnX3n+1效率普遍比較低，多為 10%以下。第四，載流子擴散速度快，擴散距離長[3NH3PbI3中，電子和空穴遷移率分別可以達到 7.5 cm2V-1s-1和 12.5 cm2V-1s-1[3NH3PbI3薄膜中電子和空穴的擴散長度可達到 100 nm，摻雜氯之后其擴散長達到 1 微米，在 CH3NH3PbI3晶體中載流子的擴散長度可大于 100 微米[21]，遠子在有機半導(dǎo)體中的擴散長度。第五，吸收光譜范圍大，且吸收系數(shù)高[23NH3PbI3的禁帶寬度為 1.55 eV，且在整個紫外可見區(qū)域都有較好的光吸收。此外，可以通過調(diào)控有機無機雜化鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)組成改變其物理化學(xué)性質(zhì)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J]. Science Foundation in China. 2014(02)
[2]環(huán)境污染、能源消費與經(jīng)濟增長[J]. 張寶山,袁曉玲,張小妮. 科學(xué)決策. 2012(11)
本文編號：3123829
【文章來源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：106 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
全世界生產(chǎn)能源組成對比圖
太陽能電池根據(jù)吸光材料的不同可分為：晶體硅太陽能電池、無機化合物薄膜太陽能電池、有機太陽能電池（包括染料敏化太陽電池）[6]。無機太陽能電池效率高、穩(wěn)定性好，但造價高昂、工藝復(fù)雜，能源收回時間長[7]。有機太陽能電池價格低廉、柔韌性好、制備簡單，但有機材料多為無定形態(tài)、結(jié)晶度低，光譜響應(yīng)范圍窄、不易形成自由載流子，效率不高[8]。染料敏化太陽能電池的液體電解質(zhì)具有腐蝕性，具有難封裝、穩(wěn)定性差、壽命短等缺陷[9]。為了克服現(xiàn)有太陽能電池的缺點，研究人員期望研制出一種可以通過低溫溶液法制備的全固態(tài)太陽能電池，綜合無機-有機薄膜技術(shù)以及染料敏化技術(shù)的新型太陽能電池——鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有機金屬鹵化物太陽能電池，即是其中的一種全固態(tài)太陽能電池[10]。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池兼具太陽能電池的大部分優(yōu)勢，包括廣泛的吸收光譜、低躍遷能量、高載流子遷移率、長載流子擴散距離、易調(diào)諧的能帶結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)化效率高、價格低、易組裝等特點。在過去幾年中，鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率從 3.8%增長到了超過 22.1%[11]。各種不同太陽能電池的效率增長趨勢如下圖 1-2 所示。
圖 1-3 (a) 立方相鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，(b)A 位陽離子的十二配位結(jié)構(gòu)，(c) <100>雜化鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)示意圖[18]g. 1-3 (a) Crystal structure of cubic perovskite of general formula ABX3; (b) twelve-fold coordinaof the A-site cation; (c) the <100> oriented hybrid perovskite series with the general formula(RNH3)2An-1MnX3n+1效率普遍比較低，多為 10%以下。第四，載流子擴散速度快，擴散距離長[3NH3PbI3中，電子和空穴遷移率分別可以達到 7.5 cm2V-1s-1和 12.5 cm2V-1s-1[3NH3PbI3薄膜中電子和空穴的擴散長度可達到 100 nm，摻雜氯之后其擴散長達到 1 微米，在 CH3NH3PbI3晶體中載流子的擴散長度可大于 100 微米[21]，遠子在有機半導(dǎo)體中的擴散長度。第五，吸收光譜范圍大，且吸收系數(shù)高[23NH3PbI3的禁帶寬度為 1.55 eV，且在整個紫外可見區(qū)域都有較好的光吸收。此外，可以通過調(diào)控有機無機雜化鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)組成改變其物理化學(xué)性質(zhì)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J]. Science Foundation in China. 2014(02)
[2]環(huán)境污染、能源消費與經(jīng)濟增長[J]. 張寶山,袁曉玲,張小妮. 科學(xué)決策. 2012(11)
本文編號：3123829
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3123829.html
